CN108659915A - 硅片切割用防沉剂以及砂浆切割液 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硅片切割用防沉剂以及砂浆切割液。上述硅片切割用防沉剂包括抑碱pH调节剂、表面活性剂、硅粉表面钝化剂、高吸水性树脂以及络合剂。经研究发现，将上述硅片切割用防沉剂应用于砂浆切割液中，防沉剂中的各个组分整体能够提高砂浆的分散性，从而使砂浆中的颗粒不容易沉积。此外，本发明还涉及一种硅片切割用砂浆切割液。

Description

硅片切割用防沉剂以及砂浆切割液

技术领域

本发明涉及硅片加工领域，特别是涉及一种硅片切割用防沉剂以及砂浆切割液。

背景技术

目前新能源行业已经进入新的纪元，特别是太阳能得到了广泛的关注，开发利用太阳能资源，对于节约常规能源、保护自然环境、促进经济发展和提高人民生活，具有极为重要的意义。对于太阳能的使用目前不仅仅局限于对其热能的使用，光生伏特效应的发现极大的改善了局部地区供电不足的现象，即通过太阳能电池将接收的光能转化为电能输出。

其中，半导体硅由于其独特的物理、化学和电学性能，被作为性价比较高的太阳能电池材料。目前单晶硅电池、多晶硅电池以及非晶硅薄膜电池的市场占有率超过70％，硅材料的供应在全球范围内仍然捉襟见肘，并且需求量逐年上升。

在太阳能硅片生产过程中，目前的主流工艺为砂浆线切割工艺，主要原理为钢线带动砂浆磨粒对硅块进行三体磨损进行切割，在切割过程中有大量的硅微粉产生。根据生产中的统计结果来看，在硅片加工过程中大约有45％的硅材料研磨成硅粉并进入砂浆系统。

传统的砂浆在硅片切割过程中存在严重的沉积问题，即硅片切割过程中因砂浆品质异常导致切屑不能及时移出锯缝，从而造成阻塞，导致硅片成品质量下降，影响成品性能，增加加工成本。此外，沉积的碎屑会残留于加工出的硅片表面，大大增加了污片率和碎片率，会增加后道清洗工序成本。因此，砂浆沉积问题严重制约着硅片质量和生产成本。

发明内容

基于此，有必要针对传统的用于硅片切割的砂浆存在颗粒沉积的问题，提供一种使颗粒不容易沉积的硅片切割用防沉剂以及砂浆切割液。

一种硅片切割用防沉剂，包括抑碱pH调节剂、表面活性剂、硅粉表面钝化剂、高吸水性树脂以及络合剂。

经研究发现，将上述硅片切割用防沉剂应用于砂浆切割液中，防沉剂中的各个组分整体能够提高砂浆的分散性，从而使砂浆中的颗粒不容易沉积。

在其中一个实施例中，所述抑碱pH调节剂、所述表面活性剂、所述硅粉表面钝化剂、所述高吸水性树脂与所述络合剂的质量比为2～5:1～2:2～5:5～10:1～2。

在其中一个实施例中，所述抑碱pH调节剂选自盐酸、乙酸、柠檬酸、酒石酸、己二酸、丙二酸和稀硫酸中的一种或几种。

在其中一个实施例中，所述抑碱pH调节剂由盐酸和乙酸组成，所述盐酸和所述乙酸的质量比为1:1。

在其中一个实施例中，所述硅粉表面钝化剂选自过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化苯甲酸和次氯酸中的一种或几种。

在其中一个实施例中，所述高吸水性树脂选自变色硅胶、羧基化淀粉、淀粉磺酸盐树脂、羟丙基化纤维素、丙烯酸树脂和聚乙烯醇树脂中的一种或几种。

在其中一个实施例中，所述络合剂选自油酸、柠檬酸、三乙酯二胺四乙酸和葡萄糖中的一种或几种。

在其中一个实施例中，还包括消泡剂，所述抑碱pH调节剂、所述表面活性剂、所述硅粉表面钝化剂、所述高吸水性树脂、所述络合剂与所述消泡剂的质量比为2～5:1～2:2～5:5～10:1～2:0.2～2。

还提供一种硅片切割用砂浆切割液，包括上述的硅片切割用防沉剂。

经研究发现，由于本发明的砂浆切割液中含有上述硅片切割用防沉剂，则防沉剂中的各个组分整体能够提高砂浆的分散性，从而使砂浆中的颗粒不容易沉积。

在其中一个实施例中，所述硅片切割用防沉剂占硅片切割用砂浆切割液的质量百分比为0.2％～0.4％。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在太阳能硅片加工中，砂浆的分散性是影响切割效果的重要因素之一。砂浆分散性好，切割效率就高，如果砂浆出现大颗粒的沉积就很容易产生胀片以及后续的断线、跳线硅片表面线痕、TTV、崩边等缺陷。本发明的发明人经过研究发现，有两个因素容易引发砂浆沉积：一是空气湿度，若空气湿度较大，尤其是梅雨季节，砂浆中聚乙二醇(PEG)的吸水率偏高，砂浆沉积异常的情况较容易发生；二是生产中的硅粉粒径一般在2μm左右，比表面积较大，并且表面含有大量不饱和悬挂键，致使其反应活性较高，增大了与水反应的活性，同时钢线在切割中也会产生大量的铁屑，铁屑粒度小，比表面积大，反应活性同样较高，很大程度上影响了砂浆的pH，生产中发现切割前pH为中性或偏酸性，切割后废砂浆pH达到较碱性状态，也就是说，铁粉与砂浆作用会使pH向碱性移动，这大大的加剧了硅粉与水的反应，大量的硅酸产生会进一步加剧砂浆的沉积异常。

为了解决上述问题，本发明提供一种硅片切割用防沉剂。上述硅片切割用防沉剂包括抑碱pH调节剂、表面活性剂、硅粉表面钝化剂、高吸水性树脂以及络合剂。

较优地，抑碱pH调节剂、表面活性剂、硅粉表面钝化剂、高吸水性树脂与络合剂的质量比为2～5:1～2:2～5:5～10:1～2。在这个配比范围内，各个组分之间相辅相成，能够起到协同作用，整体能够提高砂浆的分散性，从而使砂浆中的颗粒不容易沉积。

优选地，抑碱pH调节剂选自盐酸、乙酸、柠檬酸、酒石酸、己二酸、丙二酸和稀硫酸中的一种或几种。由于铁粉与砂浆作用会使pH向碱性移动，然而，在碱性条件下硅粉与砂浆中的水分反应更剧烈，大量的硅酸产生会进一步加剧砂浆的沉积异常。本发明的防沉剂中的抑碱pH调节剂则能够抑制砂浆的pH向碱性移动，从而将砂浆的pH控制在平衡点范围内。

进一步优选地，抑碱pH调节剂由盐酸和乙酸组成，盐酸和乙酸的质量比为1:1。一方面，乙酸能够起到缓冲的作用，降低纯盐酸与铁屑反应的剧烈程度，使反应较温和地进行；另一方面，盐酸的存在能够降低砂浆的粘度。也就是说，盐酸和乙酸按照质量比为1:1作为抑碱pH调节剂使用，二者能够相辅相成，整体起到调节砂浆的PH值的作用，避免砂浆的pH向碱性移动导致的砂浆分散性不良的问题。当然，可以理解的是，本发明的抑碱pH调节剂还可以选自其他抑碱pH调节剂。

优选地，表面活性剂选自壬基酚聚氧乙烯醚、丁二酸二异辛酯磺酸钠、十二烷基硫酸钠和丙烯酸中的一种或几种。由于上述防沉剂需要添加至砂浆切割液中使用，上述种类的表面活性剂则能够让各个组分在砂浆切割液中的分散性更好。当然，可以理解的是，本发明的表面活性剂还可以选自其他表面活性剂。

优选地，硅粉表面钝化剂选自过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化苯甲酸和次氯酸中的一种或几种。上述种类的硅粉表面钝化剂能够使硅粉的表面生成二氧化硅，从而在硅粉的表面生成一层钝化膜，由于二氧化硅与水的反应活性比硅粉与水的反应活性低得多，故上述种类的硅粉表面钝化剂能够降低硅与水的反应活性，减少硅酸的产生，从而避免砂浆的沉积。当然，可以理解的是，本发明的硅粉表面钝化剂还可以选自其他硅粉表面钝化剂。

优选地，高吸水性树脂选自变色硅胶、羧基化淀粉、淀粉磺酸盐树脂、羟丙基化纤维素、丙烯酸树脂和聚乙烯醇树脂中的一种或几种。上述种类的高吸水性树脂则能够降低水分的含量，从而避免砂浆的沉积。当然，可以理解的是，本发明的高吸水性树脂还可以选自其他高吸水性树脂。

优选地，络合剂选自油酸、柠檬酸、三乙酯二胺四乙酸和葡萄糖中的一种或几种。由于砂浆切割液是以聚乙二醇为主体，添加多种助剂复配而成，例如三乙醇胺，而上述种类的络合剂能够络合砂浆切割液中的三乙醇胺，从而抑制砂浆的pH向碱性移动。其中，络合剂优选自油酸。当然，可以理解的是，本发明的络合剂还可以选自其他络合剂。

优选地，本发明的硅片切割用防沉剂还包括消泡剂。进一步优选地，消泡剂选自聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、有机硅改性聚醚和聚二甲基硅氧烷中的一种或几种。上述种类的消泡剂能够消除反应过程中产生的气泡，降低表面张力，有利于砂浆的分散性。当然，可以理解的是，本发明的消泡剂还可以选自其他消泡剂。

进一步优选地，抑碱pH调节剂、表面活性剂、硅粉表面钝化剂、高吸水性树脂、络合剂与消泡剂的质量比为2～5:1～2:2～5:5～10:1～2:0.2～2。

本发明的上述硅片切割用防沉剂，抑碱pH调节剂能够抑制砂浆的pH向碱性移动，从而将砂浆的pH控制在平衡点范围内，表面活性剂能够让各个组分的分散性更好，硅粉表面钝化剂能够在硅粉的表面生成一层钝化膜，从而降低硅与水的反应活性，高吸水性树脂能够降低水分的含量，络合剂能够络合砂浆切割液中的三乙醇胺，从而抑制砂浆的pH向碱性移动。上述各个组分整体提高砂浆的分散性，从而使砂浆中的颗粒不容易沉积。

本发明的上述硅片切割用防沉剂对于湿度较大的地区具有很好的效果，特别是对于切割过程中的沉积胀片异常、硅粉团聚异常等具有优异的改善性能。能够保证在湿度较大的环境下抑制砂浆的沉积胀片，阻止硅粉与水的反应，降低砂浆中大颗粒的质量百分数，维持砂浆的正常生产。同时防沉剂也能抑制砂浆在切割过程中的pH变化，避免因pH异常导致的砂浆分散性不良的问题。

此外，本发明还提供一种硅片切割用砂浆切割液，包括上述的硅片切割用防沉剂。

优选地，硅片切割用防沉剂占硅片切割用砂浆切割液的质量百分比为0.2％～0.4％。最优的，硅片切割用防沉剂占硅片切割用砂浆切割液的质量百分比为0.4％。

本发明的上述硅片切割用砂浆切割液中，由于包括上述的硅片切割用防沉剂，那么，抑碱pH调节剂能够抑制砂浆的pH向碱性移动，从而将砂浆的pH控制在平衡点范围内，表面活性剂能够让各个组分的分散性更好，硅粉表面钝化剂能够在硅粉的表面生成一层钝化膜，从而降低硅与水的反应活性，高吸水性树脂能够降低水分的含量，络合剂能够络合砂浆切割液中的三乙醇胺，从而抑制砂浆的pH向碱性移动。上述各个组分整体提高砂浆的分散性，从而使砂浆中的颗粒不容易沉积。

以下结合具体实施例对本发明做进一步的说明。

以下实施例中所用的原料包括：乙酸，CAS号：367-64-6；盐酸，CAS号：7641-01-0；过氧化氢，CAS号7722-84-1；油酸，CAS号：112-80-1；壬基酚聚氧乙烯醚，CAS号：9016-45-9；丙烯酸吸水树脂，CAS号：25035-6-2。

实施例1～3和对比例1、2

按照表1的重量比例，以PEG溶液作为溶剂，将各原料与PEG溶液在30℃下充分搅拌混合均匀，冷却至室温即可制得对应的分散于PEG溶液中的硅片切割用防沉剂。

表1

得到表1的分散于PEG溶液中的硅片切割用防沉剂之后，将同样质量的实施例1～3和对比例1、2的分散于PEG溶液中的防沉剂与砂浆切割液按照质量比为1:50混合均匀，同时，将未添加有防沉剂的砂浆切割液作为对比例3，之后依次分别加入1000目硅粉、水分和1000目铁粉，使得1000目硅粉、水分和1000目铁粉的质量百分比分别为10％、2％和2％。分别依次取100g的砂浆，得到实施例1～3和对比例1～3的砂浆。

性能测试：

于36小时后定量测量粒径大于35μm的砂浆颗粒的质量百分数，得到实验结果，如表2所示：

表2

将表2的实施例1～3进行对比可以看出，实施例2的砂浆中大颗粒的质量百分数最低，这表明当分散至PEG溶液中的防沉剂中乙酸和盐酸的百分含量分别为1.5％和1.5％时，即，乙酸、盐酸、过氧化氢、油酸、丙烯酸吸水树脂、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚与壬基酚聚氧乙烯醚的质量比为1.5:1.5:5:2:10:0.5:5时，防沉剂提高砂浆的分散性的效果最优。

将实施例1～3以及对比例1进行对比可以看出，实施例1～3的砂浆中大颗粒的质量百分数均低于对比例1的砂浆中大颗粒的质量百分数，这表明在防沉剂中添加有乙酸和盐酸能够提高砂浆的分散性，从而使砂浆中的颗粒不容易沉积。

将实施例2和对比例2进行对比可以看出，实施例2的砂浆中大颗粒的质量百分数低于对比例2的砂浆中大颗粒的质量百分数，这表明在防沉剂中添加有过氧化氢能够提高砂浆的分散性，从而使砂浆中的颗粒不容易沉积。

将实施例1～3和对比例3进行对比可以看出，实施例1～3的砂浆中大颗粒的质量百分数均低于对比例3的砂浆中大颗粒的质量百分数，这表明在砂浆中添加有本发明的防沉剂氢能够显著提高砂浆的分散性，从而使砂浆中的颗粒不容易沉积。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种硅片切割用防沉剂，其特征在于，包括抑碱pH调节剂、表面活性剂、硅粉表面钝化剂、高吸水性树脂以及络合剂。

2.根据权利要求1所述的硅片切割用防沉剂，其特征在于，所述抑碱pH调节剂、所述表面活性剂、所述硅粉表面钝化剂、所述高吸水性树脂与所述络合剂的质量比为2～5:1～2:2～5:5～10:1～2。

3.根据权利要求1所述的硅片切割用防沉剂，其特征在于，所述抑碱pH调节剂选自盐酸、乙酸、柠檬酸、酒石酸、己二酸、丙二酸和稀硫酸中的一种或几种。

4.根据权利要求1或3所述的硅片切割用防沉剂，其特征在于，所述抑碱pH调节剂由盐酸和乙酸组成，所述盐酸和所述乙酸的质量比为1:1。

5.根据权利要求1所述的硅片切割用防沉剂，其特征在于，所述硅粉表面钝化剂选自过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化苯甲酸和次氯酸中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的硅片切割用防沉剂，其特征在于，所述高吸水性树脂选自变色硅胶、羧基化淀粉、淀粉磺酸盐树脂、羟丙基化纤维素、丙烯酸树脂和聚乙烯醇树脂中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的硅片切割用防沉剂，其特征在于，所述络合剂选自油酸、柠檬酸、三乙酯二胺四乙酸和葡萄糖中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的硅片切割用防沉剂，其特征在于，还包括消泡剂，所述抑碱pH调节剂、所述表面活性剂、所述硅粉表面钝化剂、所述高吸水性树脂、所述络合剂与所述消泡剂的质量比为2～5:1～2:2～5:5～10:1～2:0.2～2。

9.一种硅片切割用砂浆切割液，其特征在于，包括如权利要求1～8中任一项所述的硅片切割用防沉剂。

10.根据权利要求9所述的硅片切割用砂浆切割液，其特征在于，所述硅片切割用防沉剂占硅片切割用砂浆切割液的质量百分比为0.2％～0.4％。